[科普中国]-空气静力学

基本概念

空气静力学研究气体静止时的现象以及相关力学行为的科学。这样的现象和行为可以用数学表达式来表述，称为流体静力学基本方程式。

研究在重力作用下，气体和浸没在气体中的固体的平衡规律的科学。空气力学的分支学科。它以空气或其他气体以及浸没其中的气体介质中的物体为研究对象。1

研究对象及内容①研究空气或其他气体的力学平衡；

②研究浸没在气体介质中的物体的平衡。空气静力学有着广泛的应用。某些气象状态、气球和飞艇的飞行都是以空气静力学原理为基础的。

在许多问题研究中，因研究对象受空气静力的控制、而不必考虑某些运动，如大气，虽然由于风和湍流属于大气运动，但在压力和密度关系上仍然依据空气静力学原理进行研究。1

基本方程由于静止液体中无剪切力，则某点压强的大小与面的方位无关，即空间内任一点处有唯一的压强值。静止液体中的两点间的压强差等于液体单位体积重量(即重度γ)与该两点铅垂高度差 (Δh)的乘积。

为了导出液体静力学基本方程我们考察以下对象：在重力场中，一个立方体形状的流体微元受重力加速度g的作用。

dV = dx·dy·dz

密度为 ρ，上表面压强为 p(y)。下表面压强为（方向相反） p(y) + dp.

dP=ρ(fxdx+fydy+fzdz)

由上式可知，空间各点压强相等的面(称为等压面)的法线方向与质量力的方向一致。

当物体淹没于静止液体之中时，作用于物体上的静水总压力，等于该物体表面上所受到静水压力的总和。作用在淹没物体上的静水总压力只有一个铅垂方向上的力，其大小等于该物体所排开的同体积的水重。P=ρgV

一切浸没在液体中或漂浮在液面的物体，除受重力G作用外，还受到液体上浮力FB的作用。

重力的作用线通过重心而铅垂向下，浮力的作用线通过浮心而铅垂向上。

创始人古希希腊的著名物理学家 阿基米德。其著作《论浮体》（On Floating Bodies）是历史上研究流体静力学的第一部作品。

阿基米德是古希腊著名数学家和物理学家。出生于西西里岛叙拉古一贵族之家。自幼热爱学习，并曾去亚历山大里亚求学，师事欧几里得的门徒柯农，学习哲学、数学、天文学、物理学等多科知识。返叙拉古后，专事科学研究，在继承欧几里得学识基础上，注重数学在实际中的应用，发展并加深了著名的穷竭法。在世界上首次提出计算圆周率的科学方法。把数学和力学、机械学的研究结合在一起，创造了杠杆，并应用于实际。埃及人从泥罗河汲水浇地的螺旋提水器，就是一例。他建立了流体静力学，提出著名的阿基米德原理。在第二次布匿战争中，叙拉古利用他的发明创造，重创罗马军。公元前212年，罗马军队统帅在攻陷叙拉古城之后，召请阿基米德，他要求士兵容他做完几何题再去，被一士兵挥剑砍死，时年七十五岁。后世的数学家尊其为“数学之神”，物理学家亦对他推崇备至。 2

应用空气静力学的在实际当中的应用十分广泛。工程、水利等方面的作用尤其明显。